Redis底层数据结构之字符串的SDS

前言

PS：Redis有八种编码，但底层数据机构是六种。

二、SDS(simple dynamic string)简单动态字符串

结构定义

struct sdshdr{
     //记录buf数组中已使用字节的数量
     //等于 SDS 保存字符串的长度
     int len;
     //记录 buf 数组中未使用字节的数量
     int free;
     //字节数组，用于保存字符串
     char buf[];
}

SDS保存的字符串结构图示：

优势：

常数复杂度获取字符串长度

由于 len 属性的存在，我们获取 SDS 字符串的长度只需要读取 len 属性，时间复杂度为 O(1)。
而对于 C 语言，获取字符串的长度通常是经过遍历计数来实现的，时间复杂度为 O(n)。通过 strlen key 命令可以获取 key 的字符串长度。

杜绝缓冲区溢出

在 C 语言中使用 strcat 函数来进行两个字符串的拼接，一旦没有分配足够长度的内存空间，就会造成缓冲区溢出。而对于 SDS 数据类型，在进行字符修改的时候，会首先根据记录的 len 属性检查内存空间是否满足需求，如果不满足，会进行相应的空间扩展，然后在进行修改操作，所以不会出现缓冲区溢出。

减少修改字符串的内存重新分配次数

空间预分配和惰性释放空间：在字符串修改时，长度增加时，C语言首先通过对内存的释放和申请来确保不会出现缓冲区溢出，减少时则可能发生内存泄漏，而SDS通过len和free属性来实现预分配和惰性释放。

空间预分配: Redis会提前申请大于实际需要内存空间，用free属性记录，用作后续的扩展，减少字符串增长后所需空间不足重新分配的过程。
惰性释放：当字符串修改操作，减少字符串长度时，使用free属性记录，而不是立即重新分配来释放多余空间，当然也可以手动的去释放多余空间。

二进制安全

在C语言中，字符串的结尾以空字符串 ‘\0’来进行标识，而在实际存储二进制文件时，可能会存在具有实际意义的空字符串，此时C语言无法正确的存取，而Redis是通过len字段来标识字符串是否结束，可以保证二进制安全。

兼容部分C字符串函数

SDS 除了保存数据库中的字符串值以外，SDS 还可以作为缓冲区（buffer）：包括 AOF 模块中的AOF缓冲区以及客户端状态中的输入缓冲区

借鉴